Судовая электроника и силовая

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

 УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электрооборудования судов и автоматизации производства

 

 

Голиков С.П., Вынгра А.В.

 

СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И СИЛОВАЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

 

Практикум

для курсантов специальности

26.05.07 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»

 

очной и заочной форм обучения

 

Керчь, 2018 г.

 

 

Содержание

 

 

Введение	4
Практическое занятие № 1. Выбор элементов при конструировании электронных устройств	5
Практическое занятие № 2. Расчет маломощных выпрямителей, работающих на активную нагрузку	11
Практическое занятие № 3. РАСЧЕТ МАЛОМОЩНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА ЕМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ	14
Практическое занятие № 4. Расчет мощных выпрямителей	20
Практическое занятие № 5. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ С ЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ	23
Практическое занятие № 6. РАСЧЕТ ДВУХТАКТНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ КЛАССА В	29
Практическое занятие № 7. РАСЧЕТ ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ В РЕЖИМЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ	33
Список рекомендованной литературы	37

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Практикум предназначен для проведения практических занятий по курсу «Судовая электроника и силовая преобразовательная техника». Практические занятия проводятся с целью закрепления и углубления знаний по предмету, а также позволяют восполнить пробелы в практическом исследовании схем при отсутствии необходимого лабораторного оборудования.

Указания содержат задания для практических занятий и методику их выполнения по каждой теме. В необходимых случаях в тексте приводятся вспомогательные расчетные кривые, поэтому при выполнении заданий нет надобности обращаться к какой-либо дополнительной литературе, кроме каталогов и справочников по элементам электронной аппаратуры. Рекомендуемые источники такого рода указаны в прилагаемом списке литературы.

Предлагаемая методика может служить лишь для первоначального грубого расчета схем, по мере необходимости методика должна быть углублена и уточнена.

В некоторых случаях в тексте указаний приводятся пояснения, помогающие сознательному усвоению используемых методов и приемов расчета.

Графический материал практических занятий оформляется в соответствии с ГОСТ и ЕСКД.

К защите практических занятий допускаются студенты, выполнившие все разделы задания в соответствии с требованиями настоящих методических указаний.

 

 

Практическое занятие №1.

ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ

ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

 

Общие положения

 

 

Элементы электронных устройств, как правило, представляют собой стандартизированные детали, серийно выпускаемые промышленностью. Эти изделия изготавливаются согласно номенклатуре, установленной специально разработанными типовыми рядами номиналов, которые являются обязательными к применению для разработчика аппаратуры. Исключение составляют детали, содержащие индуктивность – трансформаторы и дроссели, изготавливаемые обычно для установки в определенном конкретном устройстве. Однако и в этом случае обычно используются унифицированные типовые ряды магнитных сердечников.

Содержанием настоящей темы предусмотрено ознакомление с методами и правилами, применяемыми при выборе наиболее распространенных элементов электронных схем – полупроводниковых диодов, транзисторов, резисторов и конденсаторов. Общий принцип при подборе этих элементов заключается в следующем. Вначале аналитическим путем устанавливаются величины электрических нагрузок на данный элемент (токи, напряжения, рассеиваемая мощность), фактически существующие при работе устройства, а затем на основе каталожных данных выбирают тип элемента, для которого все эти нагрузки не превышают максимально допустимых значений. Рекомендуется так выбирать элементы, чтобы фактически существующие нагрузки не превышали 60-80% от предельно допустимых значений. Тем самым повышается надежность элементов, значительно и увеличивается и срок службы всего устройства.

Выбор транзисторов

 

 

При выборе транзисторов учитываются три основные параметра: амплитудное значение тока коллектора I_кm, амплитудное значение напряжения коллектор-эмиттер или коллектор-база U_кэm (U_кбm), средняя мощность, выделяемая на коллекторе Р_к. Пользуясь справочником, выбираем такой тип транзистора, для которого:

I_{к макс доп} ³ I_кm;

U_{кэ макс доп} ³ U_{кэ m};

Р_{к макс доп} ³ Р_к,

где I_{к макс доп} - максимально допустимое значение коллекторного тока;

U_{к макс доп} - максимально допустимое значение напряжения коллектор-эмиттер;

Р_{к макс доп­} - максимально допустимое среднее значение мощности, рассеиваемой на коллекторе.

Температура окружающей среды при выборе транзисторов оказывает влияние на максимально допустимое напряжение и максимально допустимую мощность. При выборе материала транзистора следует учитывать те же особенности, что и при выборе диодов.

Частотные свойства транзисторов, предназначенных для работы в устройствах судовой автоматики, не имеют существенного значения, поскольку инерционность транзисторов заведомо пренебрежимо мала по сравнению с инерционностью других элементов, входящих в систему регулирования. Поэтому, как правило, в усилителях и других электронных элементах автоматики применяются транзисторы, принадлежащие к группе низкочастотных.

Особое внимание следует обратить на то, что транзисторы делятся на два типа: прп и рпр. При этом очевидно, что если схема рассчитана на транзистор, например рпр типа, то установка в данную схему транзистора прп совершенно невозможна, хотя бы он и имел все численные параметры, удовлетворяющие поставленным условиям. В некоторых случаях, однако, затруднения подобного рода могут быть преодолены незначительной перестройкой структуры схемы так, что она становится пригодной для использования транзисторов другого типа.

При выборе мощных транзисторов часто возникает вопрос о способе отвода тепла, выделяемого на коллекторном переходе транзистора, Обычно этот вопрос решается установкой транзистора на теплоотводящий радиатор. Необходимая величина площади радиатора в этом случае может быть определена с помощью специальных таблиц.

Пример. Для установки в схему усилителя мощности требуется подобрать транзистор рпр типа, способный работать в следующем режиме:

I _кm = 2.5 A;

U_{кэ m} = 30 В;

Р_к  = 2.5 В.

Пользуясь справочником [2], выбираем для установки транзистор типа ГТ703Д, имеющий следующие основные параметры:

I_{к макс доп} = 3.5 А;

U_{кэ макс доп} = 40 В;

Р_{к макс доп} = 15 В (с теплоотводом).

 

 

Выбор резистора

 

Для правильного выбора резистора необходимо знать величину его сопротивления R, рассеиваемую мощность Р_Р  и дополнительные условия эксплуатации. Этими дополнительными условиями в основном определяется выбор типа резистора. Для изделий общепромышленного назначения наиболее часто применяются резисторы типов ВС и МЛТ.

После выбора типа резистора на шкале номинальных мощностей выбирается мощность резистора. Например, для названных типов резисторов шкала номинальных мощностей выглядит следующим образом:

Р_ном= 0.125 Вт; 0.25 Вт; 0.5 Вт; 1.0 Вт; 2.0 Вт; 5.0 Вт; 10.0 Вт, (последние два значения только для резисторов типа ВС).

При выборе мощности резистора должно выполняться условие:

Р_ном > Р_р.

Номинальное значение сопротивления резистора выбирается наиболее близким к расчетному по шкале номинальных величин постоянных сопротивлений с учетом допустимого разброса. Резисторы названных типов выпускаются со следующими значениями допустимых отклонений сопротивления от номинального значения: + 5%; + 10%; + 20%. С целью снижения стоимости аппаратуры следует стремиться выбирать резисторы с наибольшим разбросом, допустимым по условиям работы схемы.

При выборе номинала следует убедиться, что необходимый номинал находится внутри пределов, предусмотренных для данного типа резистора. Например, резисторы типа ВС-0.25 имеют номинальные значения в пределах от 27 Ом до 5.1 мОм, резисторы типа ВС-2 – от 47 Ом до 10 мОм и т.д.

Пример. Для установки в цепи смещения транзисторного каскада требуется подобрать резистор, имеющий сопротивление 3510 Ом; расчетное значение тока, протекающего через резистор, равно 5.4 мА.

Выбираем тип резистора МЛТ. Определяем мощность, выделяемую в резисторе.

Р_р = I ² R = (5.4∙10^-3 ) ² ∙3510 = 0.092 Вт.

Выбираем номинальное значение мощности резистора.

Р _ном = 0.125 Вт.

Учитывая, что величина сопротивления данного резистора определяет режим работы транзистора и должна по возможности близко соответствовать расчетной, выбираем минимальную величину допуска D R = ±0.5 %.

По справочной таблице [4] убеждаемся, что необходимая нам величина сопротивления находится внутри диапазона сопротивлений, на которые изготавливается выбранный нами тип резистора.

По шкале номинальных значений выбираем ближайшую величину сопротивления

R _ном = 3.6 кОм.

Таким образом, нами выбран резистор МЛТ – 0.125 ± 5% 3.6 кОм.

 

 

Выбор конденсаторов

При выборе конденсаторов основными критериями являются расчетные значения емкости С и максимального напряжения U_m, а также род тока в цепи, где будет установлен конденсатор. Кроме этого учитываются и другие условия эксплуатации (частота переменного тока, температура окружающей среды и т.д.). В устройствах судовой автоматики наиболее часто применяются металлобумажные конденсаторы различных типов (МБГ, ОМБГ, МБГО, МБМ, МБГЧ и др.) и электролитические конденсаторы.

Металлобумажные конденсаторы используются для работы в целях постоянного, пульсирующего и переменного (только МБГЧ) напряжения, электролитические – только в цепях постоянного напряжения с невысоким уровнем пульсации. Преимущество электролитических конденсаторов – малые габариты по сравнению с металлобумажными, основной недостаток – нестабильность параметров и пониженный срок службы.

Типы конденсаторов различаются между собой номинальными рядами емкостей, номинальными рядами рабочих напряжений, вариантами конструктивных исполнений.

Выбор номинальных значений напряжения и емкости, а также конструктивного исполнения производят после определения типа конденсатора и только по таблицам, относящимся к конденсаторам данного типа.

Пример. Требуется подобрать конденсатор для установки в эмиттерной цепи усилителя. Расчетное значение емкости конденсатора 124 мкФ, напряжение на конденсаторе 4.8 В.

Задание

а) подобрать по справочнику полупроводниковый диод. Режим работы диода указан в таблице 1.1.

Примечание. Здесь и далее: цифры внутри таблицы означают номер варианта задания. Необходимые параметры по данному варианту находят в верхней строке и левом столбце таблицы;

б) подобрать по справочнику транзистор, удовлетворяющий режиму работы, указанному в таблице 1.2. Мощность рассеяния на коллекторе при подборе транзистора не учитывать.

в) выбрать резистор для установки в схему, если известны расчетные данные (табл. 1.3).

г) выбрать конденсатор для установки в схему, если известны расчетные данные (табл. 1.4).

Таблица 1.2 - Режим работы транзистора

Максимальный ток коллектора Iк m, А	Максимальное напряжение на коллекторе Uкэ m, В
	10	20	30	40	50
0.13	1	2	3	4	5
0.25	6	7	8	9	10
0.5	11	12	13	14	15
1.5	16	17	18	19	20
2.6	21	22	23	24	25
3.0	26	27	28	29	30

Таблица 1.3 - Расчетные данные для выбора резистора

Расчетное значение тока I, А	Расчетное сопротивление, Ом
	2270	5368	8210	3220	458
0.012	1	2	3	4	5
0.025	6	7	8	9	10
0.033	11	12	13	14	15
0.045	16	17	18	19	20
0.063	21	22	23	24	25
0.095	26	27	29	30	31

Таблица 1.4 - Расчетные данные для выбора конденсатора

Напряжение U, В	Расчетное значение емкости, мкФ
	2270×10^-4	5368×10^-3	8210×10^-5	322×10^-2	458×10^-3
16	1	2	3	4	5
20	6	7	8	9	10
30	11	12	13	14	15
40	16	17	18	19	20
60	21	22	23	24	25
80	26	27	29	30	31

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение резистора, как элемента электроники, приведите классификацию резисторов. Перечислите основные параметры резисторов и способы их обозначения. Перечислите виды и типы резисторов.

2. Дайте определение конденсатора, как элемента электроники, приведите классификацию конденсаторов. Перечислите основные параметры конденсаторов.

3. Дайте определение транзистора, как элемента электроники. Перечислите основные параметры транзисторов. Перечислите виды и типы резисторов.

4. Дайте определение диода, как элемента электроники. Перечислите основные параметры диодов и способы их обозначения. Перечислите виды и типы диодов.

Литература: [1, 3].

Практическое занятие № 2.

НА АКТИВНУЮ НАГРУЗКУ

 

Схемы выпрямителей

Маломощные выпрямители, как правило, выполняются по схемам с однофазным питанием. Схемы таких выпрямителей, работающих на чисто активную нагрузку, показаны на рис. 2.1.

Задача расчета

Определить электрические нагрузки на вентили в схеме и сделать выбор вентилей, определить основные параметры трансформатора, на котором в дальнейшем может быть расчет трансформатора (I ₁, Е ₁, I ₂, Е ₂, Р ₁).

Исходные данные для расчета

Основными исходными данными для расчета выпрямителей являются параметры нагрузки, для питания которой предназначен выпрямитель. Эти параметры задаются двумя величинами из следующих четырех:

U _d – среднее значение напряжения на нагрузке;

I _d – среднее значение тока нагрузки;

P_d – средняя мощность нагрузки;

R_d – сопротивление нагрузки.

Два других параметра определяются по заданным с помощью очевидных соотношений. Дополнительными данными для расчета являются напряжение питающей сети U_c, температура окружающей среды t_окр, частота питающей сети f_c и др. В качестве примера примем следующие исходные данные: U _d = 150 В, R_d  = 350 Ом, U_c = 220 В.

Условия расчета

В ходе расчета учитывается неидеальность характеристик вентилей и трансформатора. Для вентилей принимается во внимание падение напряжения при протекании прямого тока, обратный ток считается пренебрежимо малым. Потери в трансформаторе учитываются введением в расчетные формулы величины сопротивления обмоток трансформатора.

Пример расчета выполнен для однополупериодной схемы выпрямителя. Для двухтактной схемы со средней точкой и мостовой схемы приводятся только расчетные формулы, если они отличаются от формул, применяемых для расчета однополупериодной схемы.

Порядок расчета

2.5.1 Определяем параметры нагрузки:

а) ток нагрузки

I_d  =  A;

б) мощность нагрузки

Р_d  = U_d I_d  = 150 ∙ 0.43 = 64.5 Вт.

2.5.2 Определяем основные параметры вентилей:

а) средний прямой ток, протекающий через вентили

I_a  = I_d = 0.43 А.

Для двухтактной схемы со средней точкой и для мостовой схемы

I_a =

б) амплитуда обратного напряжения (предварительно)

U_{обр m} = π U_d = 3.14 ∙ 150 = 471 В.

Для мостовой схемы

U_{обр m}  =

2.5.3 По найденным величинам I_a и U_{обр m}  производим выбор вентиля

Для установки в схему выбираем кремниевый вентиль типа КД202С со следующими основными параметрами.

Максимально допустимый анодный ток (среднее значение)

I_{a макс доп} = 3.5 А (с радиатором);

I_{a макс доп} = 1.5 А (без радиатора).

Максимально допустимое обратное напряжение (амплитудное значение)

U_{обр mмакс доп} = 600 В.

Прямое падение напряжения при номинальном анодном токе

U ₀ = 0.9 В.

2.5.4 Определяем основные параметры трансформатора:

а) суммарное активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке

R _тр  = R_d ν = 350 ∙ 0.049 = 17.2 Ом,

где ν – коэффициент, определяемый по графику (рис.2.2) как функция активной мощности трансформатора;

б) приближенное значение сопротивления вентиля в прямом включении

R_д = Ом;

в) действующее значение э.д.с. вторичной обмотки с учетом падения напряжения на диоде и активном сопротивлении обмоток трансформатора

E ₂ = 2.22 U_d + I_d (R _тр + R _д) == 2.22∙150 + 0.43(17.2 + 0.26) = 341 В.

Для двухполупериодной схемы со средней точкой:

E ₂ = 1.11 U_d + I_d (R _тр + R_д),

Для мостовой схемы:

E ₂ = 1.11 U_d + I_d (R _тр + 2 R _д);

г) коэффициент трансформации

n =

д) действующее значение тока вторичной обмотки

I ₂ =

Для схемы со средней точкой:

I ₂ =

Для мостовой схемы:

I ₂ = 1.11 I_d;

е) действующее значение тока первичной обмотки:

I ₁ = 1.21

Для схемы со средней точкой и мостовой схемы I ₁ =

ж) типовая мощность трансформатора (без учета подмагничивания сердечника):

Р _тр = .

Для схемы со средней точкой Р _тр =

з) типовая мощность трансформатора с учетом подмагничивания сердечника постоянной составляющей тока вторичной обмотки (только для однополупериодной схемы)

Р^¹ _тр ≈ 1.1 Р _тр = 1.1 ∙ 204 = 224 Вт.

2.5.5 Уточняем величину обратного напряжения на вентиле

U_{обр m} = Е ₂ = 1.41 ∙ 341 = 482 В, что вполне допустимо для выбранного вентиля.

Для схемы со средней точкой U_{обр m} = 2 Е ₂.

Задание

Рассчитать выпрямитель, работающий на активную нагрузку. Параметры нагрузки указаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Параметры нагрузки выпрямителя

Сопротивление нагрузки Rd, Ом	Напряжение на нагрузке Ud, В
	65	95	130	165	210
120	1	2	3	4	5
180	6	7	8	9	10
240	11	12	13	14	15
350	16	17	18	19	20
400	21	22	23	24	25
550	26	27	28	29	30

Схема выпрямителя – по указанию преподавателя. Напряжение сети принять равным 220 В.

Контрольные вопросы:

1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления. Принцип работы. Временные диаграммы.

2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора. Принцип работы. Временные диаграммы

3. Мостовая схема выпрямления. Принцип работы. Временные диаграммы.

Литература: [3, 4].

 

 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3.

РАСЧЕТ МАЛОМОЩНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ

НА ЕМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ

 

Схема выпрямителей

 

 

Наиболее распространенным случаем работы выпрямителя на емкостную нагрузку является работа выпрямителя совместно со сглаживающим фильтром, первое звено которого представляет собой конденсатор, включенный параллельно выходу выпрямителя. Примеры таких систем показаны на рис.3.1.

Задача расчета

 

 

Определить электрические нагрузки на вентиля и произвести выбор вентилей, определить основные параметры трансформатора (I ₁, E ₁, I ₂, E ₂, P _тр), определить необходимую величину емкости сглаживающего фильтра (С_ф).

Исходные данные для расчета

Исходными данными для расчета являются энергетические параметры нагрузки U_d, I_d, P_d, R_d, допустимый уровень пульсаций напряжения на нагрузке, определяемый коэффициентом пульсации ε.

Кроме этого необходимо знать тип схемы выпрямителя, для которой ведется расчет, и частоту питающей сети f_с.

В качестве примера примем следующие исходные данные: U_d  = 100 B, R_d = 300 B, U_c = 220 B, ε = 0.1, f _c = 50 Гц.

 

 

Условия расчета

 

 

С целью ускорения и упрощения вычислений расчет выполняется с использованием специальных расчетных монограмм и таблиц. Методика расчета учитывает неидеальность трансформаторов и вентилей выпрямителя.

Аналогично тому, как это было сделано при выполнении расчета по теме 2, расчет будет проводиться для однополупериодной схемы. Для выпрямителей, выполненных по схеме со средней точкой или мостовой схеме, приводятся только расчетные формулы.

Порядок расчета

3.5.1 Определяем параметры нагрузки:

а) ток нагрузки

I_d =

б) мощность нагрузки

P_d  = U_dI_d = 100 ∙ 0.333 = 33.3 Вт.

3.5.2 Определяем основные параметры вентиля:

а) ток вентиля

I_a = I_d = 0.333 A.

Для схемы со средней точкой и мостовой схемы

I_a =

б) обратное напряжение на вентиле (предварительно)

U_{обр m} ≈ 3 U_d  = 3 ∙ 100 = 300 B.

Для мостовой схемы

U_{обр m} = 1.5 U_{d .}

3.5.3 По найденным величинам I_a и U_{обр m} проводим выбор вентиля.

Для установки в схему выбираем кремниевый вентиль типа Д – 205 со следующими основными параметрами.

Предельно допустимый анодный ток (среднее значение)

I_{а макс доп} = 400 мА.

Предельно допустимый импульсный анодный ток

I_{а имп.макс. доп.}

Предельно допустимое обратное напряжение (амплитудное значение)

U_{обр m макс доп} = 400 В.

Прямое падение напряжения при номинальном анодном токе

U ₀ = 1 В.

3.5.4 Определяем активное сопротивление трансформатора, приведенного ко вторичной обмотке:

R _тр = R_d ν = 300 ∙ 0.055 = 16.5 Ом,

где ν =  определяется по графику (рис.2.2)

3.5.5Определяем сопротивление вентиля в прямом включении:

R_д =

3.5.6 Определеяем сопротивление фазы выпрямителя:

R_ф = R _тр + R_д = 16.5 + 2.5 = 19.0 Ом.

Для мостовой схемы

R_ф  = R _тр + 2 R_д.

3.5.7 Вычисляем вспомогательный расчетный параметр А:

А =

где m – число фаз выпрямления, равное 1. Для схемы со средней точкой и мостовой m = 2.

3.5.8 Пользуясь расчетными таблицами (табл. 3.1) и графиками (рис. 3.2), определяем расчетные коэффициенты B, D, F, H.

B = 0.985; D = 2.22;      F = 6.18;      H = 390.

3.5.9 Определяем основные параметры трансформатора:

а) э.д.с. вторичной обмотки

E ₂ = BU_d = 0.985 ∙ 100 = 98.5 B;

б) коэффициент трансформации

n =

в) действующее значение тока вторичной обмотки

I ₂ =

Для мостовой схемы I ₂ =

г) действующее значение тока первичной обмотки

I ₁ =

 

 

Таблица 3.1 - Таблица расчетных коэффициентов

A		B	D	F
0.01	0.307	0.742	3.506	15.385
0.02	0.384	0.763	3.137	12.314
0.03	0.436	0.780	2.942	10.932
0.04	0.476	0.796	2.812	9.902
0.05	0.512	0.811	2.717	9.244
0.06	0.542	0.825	2.642	8.744
0.07	0.558	0.839	2.581	8.347
0.08	0.591	0.852	2.530	8.021
0.09	0.612	0.864	2.485	7.746
0.10	0.632	0.876	2.448	7.511
0.11	0.650	0.888	2.414	7.306
0.12	0.666	0.900	2.384	7.125
0.13	0.682	0.911	2.356	6.964
0.14	0.697	0.922	2.332	6.820
0.15	0.711	0.933	2.309	6.689
0.16	0.724	0.944	2.288	6.569
0.17	0.737	0.954	2.269	6.460
0.18	0.748	0.965	2.251	6.359
0.19	0.760	0.975	2.234	6.266
0.20	0.770	0.985	2.219	6.180
0.21	0.781	0.995	2.204	6.099
0.22	0.791	1.005	2.190	6.024
0.23	0.800	1.015	2.177	5.953
0.24	0.810	1.025	2.165	5.887
0.25	0.819	1.035	2.153	5.824
0.26	0.827	1.044	2.142	5.765
0.27	0.835	1.054	2.132	5.709
0.28	0.843	1.064	2.122	5.656
0.29	0.851	1.073	2.112	5.605
0.30	0.859	1.082	2.103	5.557
0.31	0.866	1.092	2.094	5.511
0.32	0.873	1.101	2.087	5.467
0.33	0.880	1.110	2.078	5.426
0.34	0.887	1.119	2.070	5.386
0.35	0.894	1.128	2.062	5.347
0.36	0.900	1.137	2.055	5.310
0.37	0.905	1.146	2.048	5.275
0.38	0.912	1.155	2.041	5.241
0.39	0.918	1.164	2.035	5.208
0.40	0.924	1.173	2.029	5.177
0.41	0.930	1.182	2.023	5.146
0.42	0.935	1.191	2.017	5.117
0.43	0.940	1.200	2.011	5.088
0.44	0.946	1.208	2.006	5.061
0.45	0.951	1.217	2.000	5.034
0.46	0.956	1.226	1.995	5.009
0.47	0.961	1.234	1.990	4.984
0.48	0.966	1.243	1.985	4.960
0.49	0.970	1.252	1.980	4.936
0.50	0.975	1.260	1.976	4.914

Для схемы со средней точкой и мостовой схемы

I ₁ =

д) установленная мощность трансформатора

Р _тр =

Для схемы со средней точкой

Р _тр =

3.5.10 Определяем амплитудный ток вентиля

I_{a m} =

Проверяем выбор вентиля

I_{a .имп.макс.доп.} > I_{a m}.

3.5.11 Уточняем величину обратного напряжения на вентиле

U_{a m}  = E ₂ + U_d = 100 + 100 = 241 B.

Для двухполупериодной схемы

U_{a m} = 2 E _2.

Для мостовой схемы

U_{a m} = E _2.

Выбранный вентиль удовлетворяет условиям работы по обратному напряжению:

241 В < 400 В.

3.5.12 Определяем необходимую ёмкость конденсатора фильтра

С =

Задание

 

 

Произвести расчет выпрямителя, работающего на ёмкостную нагрузку.

Коэффициент пульсации напряжения на нагрузке ε = 0.1. Частота питающей сети для групп № 1 и № 3 – 50 Гц, для групп № 2 и № 4 – 400 Гц.

Остальные исходные данные для расчета принять те же, что в задании (из темы № 2).

Контрольные вопросы:

1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления с емкостной нагрузкой. Принцип работы. Временные диаграммы.

2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора, работающая на активно-емкостную нгрузку. Принцип работы. Временные диаграммы

3. Мостовая схема выпрямления с емкостной нагрузкой. Принцип работы. Временные диаграммы.

Литература: [3, 4, 5].

 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4.

РАСЧЕТ мощных ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

 

Схема выпрямителя

 

 

В системах судового электрооборудования мощные выпрямители выполняются наиболее часто по мостовой схеме с трехфазным питанием (схема Ларионова), показанной на рис. 4.1.

Задача расчета

Определить параметры вентилей выпрямителя, сделать выбор вентилей и определить условия их охлаждения.

Исходные данные для расчета

Основными исходными данными для расчета мощных выпрямителей являются параметры нагрузки – ток и напряжение (сопротивление, мощность).

Существенно важным параметром является температура окружающего воздуха, используемого для охлаждения вентилей, t ⁰_охл. Кроме этого, во внимание принимается характер нагрузки – активная либо индуктивная, - т.к. это влияет на форму кривой тока в вентиле и, следовательно, на величину допустимых токовых нагрузок.

В качестве исходных данных для примера расчета принимаем следующие:

U_d = 50 B;

I_d = 80 A;

t ⁰ _охл = 60 ⁰ С.

 

Нагрузка активно – индуктивная.

Условия расчета

Основное внимание при расчете уделяется определению параметров вентилей и условий их охлаждения. Расчет параметров трансформатора не производится.

Необходимые для расчета вентилей параметры трансформатора определяются по обобщенным кривым.

Порядок расчета

4.5.1 Определяем параметры нагрузки:

а) сопротивление нагрузки

R_d =

б) мощность нагрузки

P_d = U_d I_d = 50 ∙ 80 = 4 кВт.

4.5.2 Определяем активное сопротивление трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке

R _тр = R_d ν = 0.625 ∙ 0.037 = 0.023 Ом,

где ν = 0.037, определяется по графику (рис.2.2).

4.5.3 Определяем падение напряжения в обмотках трансформатора

4.5.4 Определяем коммутационные потери в выпрямителе

 

где А ₀ – коэффициент наклона внешней характеристики, для трехфазной мостовой схемы А ₀ = 0.5;

е_кз % - напряжение короткого замыкания трансформатора, определяется по графику (рис.4.2).

4.5.5 Принимая предварительно величину падения напряжения в вентиле

U ₀ = 1 В, определяем потери напряжения в вентилях U_в = 2 U ₀ = 2 B

4.5.6 Определяем суммарные потери напряжения в выпрямителе

4.5.7

Определяем выходное напряжение холостого хода выпрямителя

U_{d xx} = U_d +

4.5.8 Определяем э.д.с. вторичной обмотки трансформатора

Е _{2 ф} =

4.5.9 Определяем параметры вентилей выпрямителя:

а) ток вентиля I_a =

б) напряжение на вентиле U_{обр m} = Е _{2 m} =

4.5.10 Производим выбор вентилей. Выбираем вентили кремниевые серии В. Предельно допустимые значения прямого тока диодов этой серии и условия охлаждения приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Предельно допустимые значения прямого тока диодов серии В и условия охлаждения

Скорость обдува воздухом при t ^0охл = 40 ^0С         Uохл, м/сек

Предельные точки с типовым охладителем I no, А